感知不一樣的世界

無論是什么樣的可穿戴設備，都必須具備一個基本的組件，那就是傳感器。而作為感知信號的載體，這類設備的種類正在極大豐富起來。

傳感器在工業(yè)領域早已擁有悠久的應用歷史，隨著智能手機開始大范圍普及，傳感器開始走入普通用戶的視線。我們常見的傳感器包括麥克風、攝像頭、陀螺儀、電子羅盤、光線傳感器和GPS等等。這些傳感器已經(jīng)能夠給我們提供眾多的信息，如我們的位置、速度等等。但是新一代的智能可穿戴設備只有這些傳感器還遠遠不夠。各種特殊類型的傳感器能夠帶來與眾不同的信號信息，而這些信息則能夠讓智能可穿戴設備提供很多前所未見的特性。而本文就將為大家一些與眾不同的傳感器，它們中有很多已經(jīng)應用到了一些雛形的設備中，有些則還只是實驗室的原型，但它們都可能會給智能可穿戴設備帶來新的未來。

接觸傳感器

肌肉傳感器

我們的大腦需要執(zhí)行一些動作時，就會發(fā)信號給肌肉，而肌肉在進行相應的動作時就會產(chǎn)生電信號，這個電信號的強度要高于腦部的電信號，因此也比腦部信號更容易捕捉。這使得使用傳感器收集這些肌肉發(fā)出的電信號成為可能。手部是人類運動頻率最高的部位，從手的動作中能夠分析出更多的信息。因此肌肉傳感器最先產(chǎn)品化的就是無線臂帶，如最近剛剛上市的MYO。這種傳感器通常需要成組使用，比如無線臂帶通常一圈都需要配備傳感器，因為一個手指動作往往會牽動多組肌肉運動，因此傳感器需要綜合分析每塊肌肉的動作，才能準確判斷出用戶最終的手部動作是什么。

皮膚傳感器

皮膚傳感器可以將人體皮膚的某個區(qū)域變成一個“觸摸屏”。這種傳感器所采用的技術類似波震動傳導能量的原理，當我們點擊身體的皮膚時，使用高速攝像機進行拍攝，并對拍攝的畫面進行慢動作回放，這時可以看到點擊皮膚的能量像水波一樣向周圍擴散和傳導。而使用震動傳感器分析這些皮膚震動時可以發(fā)現(xiàn)，點擊手臂皮膚不同的位置時，返回的震動波是不同的，通過特殊的算法進行分析，即可對點擊的位置進行定位，點擊位置間距超過10mm左右通常即可正確辨別。將該傳感器與投影機配合，我們就可以將身體的某個部位變成觸摸屏了。

壓力亮度傳感器

這種像薄膜一樣的傳感器由加州大學伯克利分校的研發(fā)團隊發(fā)明，該團隊制作了一種超薄的16×16像素的屏幕。

具體的制作過程是，在硅片之上固化一層塑料，然后再覆蓋一層電子元器件，再把塑料從硅基上剝離。最后的塑料膜的每一像素區(qū)內(nèi)會各含一個晶體管、一個LED 以及壓力傳感器。

只要觸摸到這種超薄屏幕，它就會發(fā)光。如果按壓力度再大一點則亮度還會加大。這種成本低廉的超薄傳感器有很多潛在應用場景，例如用于交互式壁紙、用來包裹腕表或者做成創(chuàng)意紋身等。

紋身傳感器

紋身這個名詞似乎怎么也無法與傳感器扯上關系，事實上我們這里介紹的紋身傳感器也并不是特指某一種傳感器的類型，而是指一種傳感器安裝和使用的方式。紋身傳感器使用透明薄膜貼在皮膚上。它集成了各種傳感器，通過扁平的線圈從外界特定設備發(fā)射出來的磁場中獲取電力，并借助這些電能發(fā)送傳感器獲取到的數(shù)據(jù)信號。

體液傳感器

人體本身是一個復雜的化學體，汗液等分泌物可以傳達各種化學信息。目前使用這些化學信息的例子是Pixie Scientific公司的智能尿布，這種尿布背面有一個二維碼，二維碼的周圍一圈是尿液測試條，用于提取尿布吸收區(qū)域的尿液樣本。每當嬰兒尿尿的時候，將會觸發(fā)該測試條，并使二維碼周圍的顏色發(fā)生變化。這樣就可以跟蹤嬰兒的健康狀況了。

心臟傳感器

斯坦福大學開發(fā)出了一種新型傳感器，可以大大提高心臟監(jiān)測的精度和實用性。它可以像一個創(chuàng)可貼一樣貼在手腕上。研究人員利用一種可壓縮的橡膠覆蓋薄膜“建成”了寬只有幾微米的微小金字塔形區(qū)域。施加壓力時，金字塔略有變形，這會導致在設備中的電磁場和電流的流動發(fā)生可衡量的變化，而脈搏導致的皮膚微小變化剛好可以被其偵測到。

舌頭傳感器

嚴格來說，舌頭傳感器其實是一組光學傳感器，它們的工作原理與傳統(tǒng)手機上使用的光學傳感器十分類似，都是感應前方光線的變化。所不同的是，舌頭傳感器通常至少是4個為一組，它們通過一個牙套被固定在口腔中（前后左右各一個）。傳感器通過配合工作來檢測舌頭到特定位置的距離，進而可以將動舌頭的行為翻譯成某種動作意圖。

非接觸傳感器

深度傳感器

所謂深度傳感器其實就是能夠拍攝下物體3D信息的影像傳感器，例如目前大紅大紫的Kinect體感模塊中就包含了深度傳感器。利用這種傳感器我們能夠?qū)崿F(xiàn)很多交互功能，例如識別人的動作、判斷人的身份信息等。但是Kinect由于是專為游戲機所設計，因此其深度傳感器的精度很差，且只適合獲取1m～3m范圍內(nèi)物體的信息。而微軟還在開發(fā)新一代的深度傳感器，它能在0.3m～0.5m的距離內(nèi)工作，能夠獲得大約640×480的高精度深度信息，這意味著我們可以坐在屏幕前揮舞雙手對PC進行控制。而在體積上，新的深度信息攝像頭與目前普通的攝像頭尺寸相仿，在結(jié)構(gòu)上它也沒有采用過多的特殊部件。

激光傳感器

微軟亞洲研究院的研究員們曾開發(fā)出一種稱為移動三維交互場的技術。這種技術利用了激光投影機的工作原理。激光投影機的成像方式類似傳統(tǒng)的CRT顯示器，它會逐行將要顯示的圖像投射到幕布上。將其與攝像頭配合使用，將可以得到激光掃描過的每一條線，當投射區(qū)域中有物體時，線被阻斷的圖像就會被拍攝下來，通過將這些圖像進行對比和拼接，即可獲得進入投影區(qū)物體的大小、形狀甚至與攝像頭的距離。借助投影畫面和感應信息，我們能實現(xiàn)很多有趣的應用，如在投影區(qū)域中可以在不同高度的紙板上投影不同的內(nèi)容。

紅外線測距傳感器

已經(jīng)上市幾年的虛擬激光鍵盤就是激光傳感器應用的典型案例。紅外線測距傳感器的工作原理就是打出一個紅外線光照平面，當這個平面中有物體出現(xiàn)時，會遮擋這個平面的某個部分，進而可以讓傳感器獲得物體的形狀與距離。例如虛擬激光鍵盤會投影出一個鍵盤區(qū)域，當點擊區(qū)域中的某個按鍵時，與鍵盤區(qū)域平行的傳感器區(qū)域就可以判斷出手指的位置，并最終轉(zhuǎn)換成按鍵信息。

酒精傳感器

酒精傳感器是另外一個化學傳感器應用的例子，這種傳感器能夠根據(jù)人呼出口氣中的化學成分來判斷其血液中的酒精濃度。原理上講它與交警們使用的查酒駕的設備工作原理類似。所不同的是這種設備的體積更小，可以集成到我們的智能手機等設備中，給出用戶酒精含量超標的提示，或者與汽車鑰匙捆綁，禁止酒精含量超標的車主啟動車輛。

觸屏傳感器

這種傳感器由微型投影機和深度傳感器組合而成（例如Kinect）。這個組合可以擺放在任何一個平面前，比如架在我們的肩上，將內(nèi)容投射到我們的手掌上。深度信息傳感器能夠準確地獲取我們面前平面的角度、尺寸和外輪廓。它可以將這些信息發(fā)送給投影機，并讓投影機調(diào)整投影畫面外形，使其能在這個平面上投出理想地的畫面。同時深度信息傳感器還能識別畫面中的各種物體動作，比如兩指的開合。

輸出傳感器

隱形眼鏡傳感器

這同樣是一個輸出型的傳感器，目前有眾多企業(yè)和研究機構(gòu)在研究這種傳感器，例如韓國蔚山國家科學技術學院的研發(fā)人員開發(fā)出了透明、高導且具有彈性的石墨烯銀納米導線，可以有效地降低電阻（從每平方50Ω降低到每平方米33Ω），提高導電效率，而且透光度達到了94%。最終他們成功地在普通的軟性隱形眼鏡表層加入了發(fā)光二極管（LED），使隱形眼鏡也可以顯示圖像。當然這種隱形眼鏡中只集成了發(fā)光模塊和線圈，隱形眼鏡的供電和顯示控制還需要通過無線的方式完成，例如帶一個眼鏡框，在眼鏡框上裝上無線供電線圈。

震動網(wǎng)格傳感器

對于智能可穿戴設備而言，不僅需要獲取人們身上的各種信息，同時還要把信息輸出出來，除了顯示出來之外，最傳統(tǒng)的方法當屬震動提示了。而與智能手機和各種震動腕帶所提供的簡單震動提示不同，震動傳感器在組合成網(wǎng)格化的結(jié)構(gòu)后，還能傳達更多的信息。例如ARAIG馬甲在正面和背面分別排布著16個震動傳感器，在手臂上共有8個傳感器，它們可以結(jié)合游戲的場景擠壓玩家的胸部和腹部肌肉，模擬出中彈的效果。類似地，為了給觸摸屏加入類似物理鍵盤的點擊感，有些技術開始嘗試在屏幕的4角加入震動傳感器，借助它們的組合震動模擬按鍵按下的感覺。

熱量供電傳感器

除了依靠壓力變化發(fā)電外，利用人體熱量同樣可以發(fā)電，例如有的熱電傳感器采用“塞貝克效應”，借助人體與室溫的熱量差異，讓某些特定結(jié)構(gòu)的材料被加熱或者降溫而產(chǎn)生電能。一種典型的結(jié)構(gòu)材料是包含著聚合物膜的兩個半導體，當它受熱時能夠產(chǎn)生電能。類似的思路還有華為公司設計的手機芯片中的一種傳感器，當它吸收周圍處理器芯片散發(fā)出的熱量后，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)中會產(chǎn)生震蕩，而這種震蕩可以被轉(zhuǎn)換成電能。

壓力供電傳感器

傳感器未必都用來感知信息，它們甚至還會把人體變?yōu)槟芰刻峁┰础Ｓ诌_豐手機公司和南安普敦大學合作研制了一種用于充電的傳感器，該傳感器采用壓力和熱電技術，它裝配有類似泡沫的鐵電駐極體材料，伴隨著穿著者的移動，鐵電駐極體材料被擠壓而變形，從而開始采集人體動能。這些泡沫類型的材料包含著許多孔隙，隨著孔隙體積的變化，其表面能夠充入電能。

維他命傳感器

嚴格地講，這個傳感器并不獲取信號，主要功能是對外發(fā)射信號。這個傳感器由摩托羅拉研發(fā)，外形類似一個維他命藥丸。當有人把藥丸服下之后，胃酸就會作為電解液來給藥丸中的芯片供電。而芯片中的頻率開關會不斷向外發(fā)射18 bit的信號。這時整個人體實際上就變成了一個用于網(wǎng)絡銀行登錄的移動證書（如U盾）。因為人是導體，所以這個時候用戶只需要觸碰一下手機或者電腦，就可以將驗證信息發(fā)送過去，賬號登錄的工作也就自動完成了。